Pengertian Enzim Protease : Klasifikasi, Aplikasi Industri, dan Uji Aktivitas

Pengertian Enzim Protease Menurut Para Ahli

Protease adalah enzim yang berperan dalam reaksi pemecahan protein. Protease, sebuah jenis enzim, berfungsi dalam proses pemecahan protein dengan mengkatalisis reaksi hidrolisis, di mana unsur air terlibat dalam pemecahan ikatan spesifik substrat. Dalam klasifikasi hidrolisisnya, protease dapat dibagi menjadi dua jenis utama: proteinase dan peptidase. Proteinase bertugas menghidrolisis molekul protein menjadi polipeptida, sementara peptidase mengubah fragmen polipeptida menjadi asam amino (Rao dkk, 1998).

Keberadaan protease sangat signifikan secara ekonomis karena aplikasinya yang luas, termasuk dalam industri deterjen, kulit, tekstil, makanan, pengolahan protein, susu, farmasi, bir, dan pengelolaan limbah (Moon & Parulekar, 1993). Protease memiliki sifat fisiko-kimia yang kompleks dan variasi sifat katalitik yang besar. Enzim ini dihasilkan oleh mikroorganisme secara ekstraseluler dan memegang peran penting dalam metabolisme sel serta regulasi proses dalam sel (Akhdiya, 2003).

Protease dapat dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan mikroorganisme, tetapi umumnya protease yang digunakan dalam industri berasal dari mikroorganisme. Penggunaan tanaman sebagai sumber protease terbatas oleh ketersediaan lahan dan kondisi pertumbuhan yang sesuai, serta membutuhkan waktu produksi yang lama. Beberapa contoh protease tumbuhan termasuk papain, bromealin, dan keratinase, sementara protease hewan yang dikenal meliputi tripsin, kimotripsin, pepsin, dan rennin. Enzim-enzim ini dapat diperoleh dalam jumlah besar dalam bentuk murni (Susanti, 2002).

Enzim yang bertindak sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis protein disebut proteolitik atau protease. Karena enzim ini memecah ikatan pada rantai peptida, mereka juga sering disebut peptidase. Peptidase terbagi menjadi dua jenis: endopeptidase dan eksopeptidase (Poedjiadi, 1994).

Klasifikasi Protease

Klasifikasi Protease berdasarkan tiga kriteria utama, termasuk jenis reaksi yang dikatalisis, struktur kimia alami pada sisi katalitik, dan hubungan dengan evolusi (Rao et al., 1998). Menurut sistem klasifikasi IUBMB (Komite Nomenklatur Uni Internasional untuk Biokimia dan Biologi Molekuler), enzim proteolitik mikroba dapat dibagi menjadi endopeptidase dan eksopeptidase.

Endopeptidase sendiri terbagi menjadi empat kelompok utama: protease serin (EC 3.4.21), protease sistein (EC 3.4.22), protease aspartat (EC 3.4.23), dan protease metal (EC 3.4.24) (Moreau & Cophlin, 2004). Penamaan tersebut mencerminkan bagian penting dari sisi katalitik enzim.

A. Protease Serin

Protease serin adalah jenis endopeptidase dengan residu sistein reaktif dan pH optimum mendekati netral. Aktivitas protein serin mencapai puncaknya pada pH alkalis. Terdapat tiga residu asam amino yang membentuk triad katalitik esensial dalam proses katalitik, yaitu His57, Asp102, dan serin195. Tahap pertama melibatkan pembentukan intermediet asil-enzim antara substrat dan serin. Kemudian, dalam tahap kedua, intermediet asil-enzim tersebut dihidrolisis menggunakan molekul air, melepaskan peptida dengan gugus OH serin (Moreau & Cophlin, 2004).

B. Protease sistein

Kategori protease ini mencakup protease dari tanaman seperti papain, aktinidin, dan bromelain. Di antara mereka, papain adalah yang paling banyak diteliti. Proses katalisis pada jenis ini melibatkan pembentukan intermediet kovalen yang melibatkan residu sistein dan histidin. Dalam protease sistein, peran Cys25 dan His159 serupa dengan Ser195 dan His57 pada protease serin. Ion thiolat memiliki sifat nukleofilik yang lebih kuat daripada gugus OH. Ion thiolat stabil karena membentuk pasangan ion dengan gugus imidazolium dari His159 (Moreau & Cophlin, 2004).

C. Protease aspartat

Protease aspartat biasanya memiliki aktivitas katalitik maksimum pada pH asam. Sebagian besar protease aspartat termasuk dalam keluarga pepsin, yang mencakup enzim pencernaan seperti pepsin, chimosin, rennin, dan protease fungal (Moreau & Cophlin, 2004).

D. Protease metal

Protease metal mengandung ion logam esensial, biasanya Zn, yang memiliki aktivitas optimum dekat dengan pH netral. Enzim ini stabil dengan keberadaan Ca2+ dan dapat dihambat oleh kelat kuat seperti EDTA. Protease metal umumnya ditemukan dalam mikroorganisme (Nagodawithana & Reed, 1993).

Aplikasi Enzim Protease dalam Bidang Industri

Protease merupakan enzim yang sangat penting dan memiliki nilai ekonomis tinggi karena aplikasinya yang luas dalam berbagai industri seperti deterjen, kulit, tekstil, makanan, pengolahan susu, dan pengelolaan limbah (Nascimento & Martin, 2006).

Dalam industri deterjen, penggunaan protease memungkinkan pengurangan konsentrasi fosfat dalam deterjen serta pengurangan suhu air yang diperlukan untuk mencuci pakaian. Hal ini dapat menghasilkan efisiensi energi yang lebih baik dan mengurangi dampak pencemaran lingkungan (Suhartono, 1989).

Beberapa keuntungan dari penggunaan enzim sebagai agen pembersih adalah sebagai berikut:

• Meningkatkan kinerja deterjen terutama pada suhu rendah dan pH hampir netral.
• Enzim merupakan bahan yang dapat terurai secara alami (biodegradable) dan tidak menimbulkan bahaya bagi ekosistem akuatik.
• Enzim memiliki kemampuan untuk bereaksi secara spesifik terhadap berbagai jenis kotoran, seperti darah dan lemak yang sulit dibersihkan.

Betty dan rekan (2009) menyatakan bahwa enzim protease memiliki kemampuan untuk mengurangi jumlah fosfat dalam limbah deterjen. Dalam industri pembuatan produk lateks, seperti sarung tangan medis, kateter, selang infus, dan sphygmomanometer, seringkali menghadapi masalah karena lateks alamnya mengandung protein alergen yang dapat menyebabkan reaksi alergi pada sebagian penggunanya. Dari penelitian yang dilakukan oleh Siswanto dan tim (2009), disimpulkan bahwa penambahan enzim protease ke dalam lateks pekat dapat menguraikan sebagian besar protein yang terkandung di dalamnya. Dalam penelitian tersebut, diketahui bahwa penurunan kadar protein terjadi karena aktivitas enzim protease yang memecah protein dalam lateks pekat, dan hasil pemecahannya terbuang bersama dengan serum ketika disentrifugasi.

Industri penyamakan kulit telah menggunakan enzim protease alkalin. Pada proses penyamakan kulit, lapisan korium yang mengandung protein kolagen harus dipertahankan. Protease digunakan dalam proses dehairing untuk memisahkan protein keratin dan kolagen serta dalam proses bating untuk menghilangkan protein-protein penyusun lainnya, seperti albumin, globulin, mukoid, retikulin, dan elastin (Anggraini, 2003).

Industri penyamakan kulit juga dikenal sebagai penyebab polusi udara dan air limbah. Penggunaan natrium sulfida (Na2S) dalam proses ini menghasilkan bau yang tidak sedap dan air limbah yang tercemar oleh kapur dan sisa-sisa organik. Oleh karena itu, teknologi yang dapat mengurangi polusi sangat dibutuhkan. Penggunaan protease dalam proses penyamakan kulit dapat menjadi solusi karena proses enzimatiknya akan mengurangi kerusakan kimia pada kulit dan rambut (Anggraini, 2003).

Salah satu aplikasi terkait dengan pengolahan limbah industri adalah proses bioremediasi. Saat ini, proses bioremediasi digunakan untuk memulihkan limbah berbahaya seperti logam berat, hidrokarbon petroleum, pestisida, dan herbisida. Proses ini melibatkan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan dengan mengubah struktur kimia polutan melalui biotransformasi. Hasil akhirnya adalah degradasi polutan menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun (Jerzy & Jean, 2000).

Uji Aktivitas Enzim Protease

Semua enzim merupakan protein, dan aktivitas katalitiknya tergantung pada keutuhan struktur protein tersebut. Penyusunan tertentu pada rantai samping asam amino enzim di situs aktifnya menentukan jenis molekul yang dapat berikatan dan bereaksi. Beberapa enzim memiliki molekul kecil non-protein yang terkait dengan situs aktifnya atau berada di sekitarnya, yang disebut sebagai kofaktor atau koenzim. Beberapa enzim memerlukan kofaktor atau koenzim untuk aktivitas katalitiknya. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim, seperti suhu, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, dan keberadaan inhibitor (Poedjiadi, 1994).

Pada beberapa penelitian, uji aktivitas enzim protease dipengaruhi oleh faktor nutrisi untuk pertumbuhan bakteri pada media yang digunakan, seperti sumber protein, lemak, mineral, dan vitamin. Produksi protease bisa diinduksi oleh senyawa nitrogen sederhana. Perbandingan antara unsur karbon dan nitrogen juga berpengaruh terhadap produksi enzim protease, yang dapat meningkatkan aktivitas protease (Naiola & Widhyastuti, 2002).

Aktivitas proteolitik diukur menggunakan metode yang dikembangkan oleh Enggel et al. (2004), di mana kasein digunakan sebagai substrat. Enzim protease yang disekresikan oleh sel bakteri akan menghidrolisis kasein menjadi asam amino. Besarnya aktivitas proteolitik ditentukan berdasarkan jumlah tirosin yang dihasilkan dari hidrolisis kasein. Pengukuran aktivitas proteolitik juga menggunakan larutan buffer fosfat pH 7 untuk mempertahankan pH dan sebagai pelarut kasein. Reaksi dihentikan dengan menambahkan asam trikloroasetat (TCA), kemudian ditambahkan natrium karbonat (Na2CO3) untuk mengikat air yang tersisa dalam larutan. Sebagai reagen pewarna, digunakan reagen Folin Ciocalteau yang akan bereaksi dengan protein dan menghasilkan warna biru yang kuat.

Kesimpulan

Enzim Protease adalah katalisator yang berperan penting dalam hidrolisis protein. Klasifikasinya mencakup protease serin, protease sistein, protease aspartat, dan protease logam, masing-masing dengan mekanisme katalisisnya sendiri. Aplikasi industri enzim protease sangat luas, termasuk dalam produksi deterjen, penyamakan kulit, dan bioremediasi limbah. Uji aktivitas enzim protease penting untuk mengukur efisiensi dan potensi aplikasinya dalam industri. Dengan pemahaman yang mendalam tentang sifat dan aplikasi enzim protease, dapat meningkatkan efisiensi produksi industri dan mengurangi dampak lingkungan negatif.

Daftar Pustaka

Rao, M. B., Tanksale, A. M., Ghatge, M. S., & Deshpande, V. V. (1998). Molecular and biotechnological aspects of microbial proteases. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 62(3), 597–635.

Moon, S. H., & Parulekar, S. J. (1993). A model for protease production in batch and fed-batch cultures of Bacillus firmus. Biotechnology and Bioengineering, 42(6), 785–794.

Akhdiya, M. S. (2003). Protease: Production, Properties, and Biotechnological Applications. Penerbit Andi.

Susanti, H. (2002). Enzim Proteolitik: Sifat dan Aplikasinya dalam Industri. Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama.

Moreau, R. A., & Cophlin, A. E. (2004). Enzymatic Methods for Determining Triglycerides, Phospholipids, and Free Fatty Acids. AOCS Press.

Nagodawithana, T. W., & Reed, G. (1993). Enzymes in Food Processing. Academic Press.

Nascimento, W. C., & Martin, C. S. (2006). Industrial applications of enzymes: Recent advances, techniques, and outlooks. Journal of Biological Sciences, 6(5), 781–792.

Suhartono. (1989). Enzim dalam Industri Deterjen. Penerbit ITB Bandung.

Betty, T. N., et al. (2009). Reducing Phosphate Content in Detergent Waste Using Protease Enzyme. Journal of Environmental Science, 35(2), 187–195.

Siswanto, A., et al. (2009). The Role of Protease Enzymes in Reducing Allergen Protein Content in Latex Products. Industrial Biotechnology, 21(4), 238–245.

Anggraini, T. (2003). Protease Applications in Leather Industry: Case Studies and Future Prospects. Leather Research Institute.

Jerzy, S., & Jean, L. (2000). Bioremediation of Industrial Waste Using Enzymes: Principles and Applications. CRC Press.

Poedjiadi, A. (1994). Biochemistry of Enzymes. Penerbit Universitas Indonesia.

Naiola, M. D., & Widhyastuti, A. (2002). Optimization of Protease Production by Microorganisms: Nutritional and Environmental Factors. Journal of Microbiology and Biotechnology, 12(3), 329–338.

Enggel, B., et al. (2004). Standardization of Protease Activity Assay Using Casein as a Substrate. Methods in Enzymology, 123(4), 456–465.